倒車?yán)走_(dá)畢業(yè)論文一稿

1、<p>　　基于超聲波雷達(dá)的倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　隨著社會的不斷發(fā)展，汽車已逐漸成為人們出行主要的交通工具。由于汽車的日益增多，人為原因而產(chǎn)生的碰撞摩擦問題也日益突出，其中很大一部分是倒車碰撞所引起的。因此，增加汽車的后視能力

2、，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為了研究熱點(diǎn)。 </p><p>　　倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者顯示器的顯示通告司機(jī)車后的狀況，解除了司機(jī)泊車和啟動車輛時前后左右探視所引起的麻煩，并幫助司機(jī)解決由視覺引起的缺陷，提高駕駛的安全性[1]。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)是一樣的，都是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的

3、。由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。司機(jī)在倒車時，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使倒車時不至于發(fā)生事故。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p&g

4、t;　　目前國內(nèi)外在超聲波檢測領(lǐng)域都向著數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字式超聲波測距系統(tǒng)的發(fā)展速度很快。國內(nèi)近幾年也相繼出現(xiàn)了許多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。隨著測距技術(shù)研究的不斷深入，對超聲測距系統(tǒng)功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲測距系統(tǒng)會帶來較大的測試誤差。進(jìn)一步要求以后生產(chǎn)的超聲測距儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單板機(jī)的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項(xiàng)功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤

5、炭科學(xué)研究院研制的 2000A 型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及有關(guān)程序的開發(fā)[2]。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計(jì)新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計(jì)上有重大突破和創(chuàng)新，達(dá)到了國際先進(jìn)

6、水平。</p><p>　　1.3 課題研究內(nèi)容</p><p>　　本文介紹以AT89C51單片機(jī)為核心控制芯片，研制一種高性價比的倒車?yán)走_(dá)，由單片機(jī)控制，計(jì)算超聲波自發(fā)射至接收的往返時間，利用聲波在空氣中的傳輸速度，從而得到實(shí)測距離，再根據(jù)障礙物與車尾的距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警報。 這種倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)系統(tǒng)成型后，經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員論證后可推向市場[3]。</p><

7、p>　　硬件電路設(shè)計(jì)主要包括： </p><p>　?。?）單片機(jī)系統(tǒng)電路 </p><p><b>　　（2）顯示電路 </b></p><p>　?。?）超聲波發(fā)射電路 </p><p>　　（4）超聲波接受電路 </p><p>　　2．軟件程序設(shè)計(jì)主要包括：主程序、超聲波發(fā)射子程序、

8、</p><p>　　超聲波接收中斷程序以及顯示子程序等； </p><p>　　3．選擇器件、焊接電路及運(yùn)行調(diào)試主要包括： 超聲波發(fā)射</p><p>　　與接收調(diào)試、顯示調(diào)試及總體系統(tǒng)調(diào)試等。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓贊東.超聲定位

9、技術(shù)在汽車安全預(yù)警中的應(yīng)用.測控技術(shù),2002</p><p>　　[2] 馬義德.汽車防撞系統(tǒng)的研究[J].交通管理,2004</p><p>　　[3] 王懿川.《基于單片機(jī)控制的超聲波測距報警系統(tǒng)》.上海計(jì)量測試，2011年第5期：P45~P47</p><p>　　第三章 超聲波傳感器測距報警基本原理</p><p&g

10、t;　　2.1 設(shè)計(jì)的控制核心AT89C51單片機(jī)</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是

11、一種高效微控制器，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，如圖2.1所示。</p><p>　　P1.0 VCC</p><p>　　P1.1 P0.0(AD0)</p><p>　　

12、P1.2 P0.1(AD1)</p><p>　　P1.3 P0.2(AD2) </p><p>　　P1.4 P0.3(AD3)</p><p&g

13、t;　　P1.5 P0.4(AD4)</p><p>　　P1.6 P0.5(AD5)</p><p>　　P1.7 P0.6(AD6)</p><

14、;p>　　RST P0.7(AD7)</p><p>　　(RXD)P3.0 EA/APP</p><p>　　(TXD)P3.1 ALE/PROG &l

15、t;/p><p>　　(INT0)P3.2 PSEN</p><p>　　(INT1)P3.3 P2.7(A15)</p><p>　　(T0)P3.4

16、 P2.6(A14)</p><p>　　(T1)P3.5 P2.5(A13)</p><p>　　(WR)P3.6 P2.4(A12)</p><p>　　(RD)P3.7

17、 P2.3(A11)</p><p>　　XTAL2 P2.2(A10)</p><p>　　XTAL1 P2.1(A9)</p><p>　　GND

18、 P2.0(A8)</p><p>　　圖2.1 AT89C51管腳圖</p><p><b>　　1）主要特性：</b></p><p>　　與MCS-51 兼容  </p><p>　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲器  

19、</p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán) </p><p>　　數(shù)據(jù)保留時間：10年 </p><p>　　全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz </p><p><b>　　三級程序存儲器鎖定</b></p><p>　　128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I

20、/O線 </p><p>　　兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器 </p><p><b>　　5個中斷源   </b></p><p><b>　　可編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式 </p><

21、p>　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　　2）管腳說明： </b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏

22、級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 </p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入

23、1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。  </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部

24、上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 </p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被

25、內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： </p><p>　　P3口管腳備選功能：</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>

26、　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p><p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入）</p>

27、<p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期 </p><p><b>　　的高電平時間。</b></p

28、><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3）  振蕩器特性： </p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用

29、。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 </p><p><b>　　4）芯片擦除： </b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 

30、;來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 </p><p>　　此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。</p&

31、gt;<p>　　2.2 超聲波傳感器介紹 </p><p>　　超聲波是一種頻率超過 20kHz 的機(jī)械波。超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦浴瓷洹⒄凵?、干涉、衍射、散射。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點(diǎn)，可產(chǎn)生較大力量，并且在不同的媒質(zhì)介面，超聲波的大部分能量會反射。利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實(shí)時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，主

32、要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場。</p><p>　　超聲傳感器是一種將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動力型。電聲型主要有：1 壓電傳感器；2 磁致伸縮傳感器；3 靜電傳感器。流體動力型中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。 </p><p>　　壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的

33、一種。探頭由壓電晶片、楔塊、接頭等組成，是超聲檢測中最常用的實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互轉(zhuǎn)換的一種傳感器件，是超聲波檢測裝置的重要組成部分。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。屬于晶體的如石英，鈮酸鋰等，屬于壓電陶瓷的有鋯鈦酸鉛，鈦酸鋇等。其具有下列的特性：把這種材料置于電場之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場。所以，只要對這種材料加以交變電場，它就會產(chǎn)生交變的應(yīng)變，從而產(chǎn)生超聲振動。因此

34、，用這種材料可以制成超聲傳感器。 </p><p>　　傳感器的主要組成部分是壓電晶片。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，是正壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。在壓電陶瓷上加有大小和

35、方向不斷變化的交流電壓時，根據(jù)壓電效應(yīng)，就會使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形的大小和方向在一定范圍內(nèi)是與外加電壓的大小和方向成正比的。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動，這種機(jī)械振動推動空氣等媒介，便會發(fā)出超聲波。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機(jī)械波作用，這將會使其產(chǎn)生機(jī)械變形，這種機(jī)械變形是與超聲機(jī)械波一致的，機(jī)械變形使壓電陶瓷晶片產(chǎn)生頻率與超聲機(jī)械波相同的電信號。</p>

36、<p><b>　　共振板</b></p><p>　　電極 壓電晶片</p><p>　　圖 2.2壓電式超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振來工作的，超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板，當(dāng)

37、它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電信號，這時它就成為超聲波傳感器。壓電陶瓷晶片有一個固定的諧振頻率，即中心頻率f0。發(fā)射超聲波時，加在其上面的交變電壓的頻率要與它的固有諧振頻率一致。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。當(dāng)所用壓電材料不變時，改變壓電陶瓷晶片的幾何尺寸，就可

38、非常方便的改變其固有諧振頻率。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、底座、引線、金屬殼及金屬網(wǎng)構(gòu)成，其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心，錐形輻射喇叭使發(fā)射和接收超聲波能量集中，并使傳感器有一定的指向角，金屬殼可以防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形輻射喇叭的損壞。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。</p><p>　　2.3 超聲波傳感器的特性<

39、;/p><p>　　超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性。 </p><p>　　頻率特性, 圖 2.3是超聲波發(fā)射傳感器的頻率特性曲線。</p><p><b>　　發(fā)射靈敏度（dB）</b></p><p>　　圖2.3 超聲波傳感器頻率特性曲線</p><p>

40、;　　其中，f0＝40KHz 為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在f0處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說在f0處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。而在f0兩側(cè)，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率f0的交流電壓來激勵。另外，超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類似。曲線在f0處曲線最尖銳，輸出電信號的幅度最大，即在f0處接收靈敏度最高。因此，超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性。超

41、聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個共振頻率上靈敏度很高。如果 R 較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時靈敏度也隨之降低。并且最大靈敏度向稍低的頻率移動。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有較高得接收靈敏度。</p><p><b>　　指向特性&l

42、t;/b></p><p>　　實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個小圓片，可以把表面上每個點(diǎn)看成一個振蕩源，輻射出一個半球面波（子波），這些子波沒有指向性。但離開超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射），卻有指向性。</p><p>　　2.4 超聲波測距的原理與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于應(yīng)用

43、要求限定，在這里使用脈沖反射式，即利用超聲的反射特性。超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射傳感器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計(jì)時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就停止計(jì)時[4]。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為 C=340m/s，根據(jù)計(jì)時器記錄的時間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(S)，即：</p><p><b>　　??</b>&l

44、t;/p><p>　　其中，t0就是所謂的渡越時間。</p><p><b>　　樂丁</b></p><p>　　圖2.4倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的基本框圖</p><p>　　可以看出主要部分有： </p><p>　　1) 供應(yīng)電能的脈沖發(fā)生器（發(fā)射電路）； </p><p>　　

45、2) 使接收和發(fā)射隔離的開關(guān)部分； </p><p>　　3) 轉(zhuǎn)換電能為聲能，且將聲能透射到介質(zhì)中的發(fā)射傳感器； </p><p>　　4) 接收反射聲能（回波）和轉(zhuǎn)換聲能為電信號的接收傳感器； </p><p>　　5) 接收放大器，可以使微弱的回聲放大到一定幅度，并使回聲激發(fā)記錄設(shè)備； </p><p>　　記錄/控制設(shè)備，通常

46、控制發(fā)射到傳感器中的電能，并控制聲能脈沖發(fā)射到記錄回波的時間，存儲所要求的數(shù)據(jù)，并將時間間隔轉(zhuǎn)換成距離。 </p><p>　　在超聲波測量系統(tǒng)中，頻率取得太低，外界的雜音干擾較多；頻率取得太高，在傳播的過程中衰減較大。故在超聲波測量中，常使用 40KHz 的超聲波。目前超聲波測量的距離一般為幾米到幾十米，是一種適合室內(nèi)測量的方式。由于超聲波發(fā)射與接收器件具有固有的頻率特性，具有很高的抗干擾性能。 <

47、;/p><p>　　距離測量系統(tǒng)常用的頻率范圍為 25KHz～300KHz 的脈沖壓力波，發(fā)射和接收的傳感器有時共用一個，或者兩個是分開使用的。發(fā)射電路一般由振蕩和功放兩部分組成，負(fù)責(zé)向傳感器輸出一個有一定寬度的高壓脈沖串，并由傳感器轉(zhuǎn)換成聲能發(fā)射出去；接收放大器用于放大回聲信號以便記錄，同時為了使它能接收具有一定頻帶寬度的短脈沖信號，接收放大器要有足夠的頻帶寬度；收/發(fā)隔離則使接收裝置避開強(qiáng)大的發(fā)射信號；記錄/控制

48、部分啟動或關(guān)閉發(fā)射電路并記錄發(fā)射的瞬時及接收的瞬時，并將時差換算成距離讀數(shù)并加以顯示或記錄[5]。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[4] 張謙琳.超聲波檢測原理和方法[M].北京：中國科技大學(xué)出版社，1993.10</p><p>　　[5] 童詩白，華成英，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M],第三版.北京：高

49、等教育出版，2001.1 </p><p><b>　　工作系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖 3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 </p><p>　　按照系統(tǒng)所需功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以劃分為三大主要模塊：測距系統(tǒng)、

50、控制系統(tǒng)以及顯示和語音報警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如3.1所示，其中測距系統(tǒng)有超聲波發(fā)射、接收子系統(tǒng)構(gòu)成；控制部分以AT89C51單片機(jī)為核心，其P2.0口輸出10us的觸發(fā)信號制超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生40KHz的超聲波，利用外部中斷監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號；顯示報警部分由顯示系統(tǒng)及語音系統(tǒng)構(gòu)成，其中顯示系統(tǒng)采用簡單實(shí)用的3位共陽8段數(shù)碼管。</p><p><b>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)</b&

51、gt;</p><p>　　3.2.1 電源電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用汽車尾燈的12V電源為系統(tǒng)供電，但本系統(tǒng)適用電壓為5V，需設(shè)計(jì)電源電路將其轉(zhuǎn)化為5V電壓，電源電路如圖3.2所示。</p><p>　　Q1 7805 VCC </p><p>　　1 3 R15</

52、p><p><b>　　1k</b></p><p>　　12V D1 + + </p><p>　　D1 </p><p>　　2W10 C7 C6

53、 C5 C4</p><p>　　S1 100UF104 100uF 104</p><p>　　POWER-CT 2</p><p><b>　　SW-DPDT</b>

54、</p><p>　　圖3.2 電源電路圖</p><p>　　三端穩(wěn)壓集成電路7805：用7805三端穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電源輸出電壓穩(wěn)定，電壓大小為+5V，滿足單片機(jī)的工作電源需求，7805所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜[6]。 </p><p>　　橋堆2W10：將交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?。整流橋堆是由四?/p>

55、整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強(qiáng)散熱。整流橋品種多：有扁形、圓形、方形、板凳形（分直插與貼片）等，有GPP與O/J結(jié)構(gòu)之分。最大整流電流從0.5A到100A，最高反向峰值電壓從50V到1600V。</p><p>　　3.2.2 時鐘電路</p><p>　　單片機(jī)各種功能部件的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作

56、。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時鐘電路有兩種設(shè)計(jì)方式，一是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。我采用的是內(nèi)部時鐘方式，其電路圖 如圖3.3所示 </p><p><b>　　C1</b></p><p>　　Cap2XTAL2</p><p><b>　　30pF</b>

57、;</p><p><b>　　Y1</b></p><p><b>　　XTAL</b></p><p><b>　　XTAL1</b></p><p><b>　　1 </b></p><p><b>　　C2<

58、/b></p><p><b>　　12M</b></p><p><b>　　Cap</b></p><p><b>　　30pF</b></p><p>　　圖 3.3 時鐘電路圖</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相

59、放大器，該高增益反相放大器的輸入端為單片機(jī)的XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳外部跨接石英振蕩器Y1和微調(diào)電容C1和C2，構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器。而電容的大小會影響振蕩的頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，因此對于電容選擇是很關(guān)鍵的，我們這次設(shè)計(jì)的時鐘電路采用了所提供的33pF電容可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器電路[7]。</p><p>　　3.2.3 復(fù)位電路</p><p&g

60、t;　　復(fù)位電路是采用手動按鍵電平來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位的。復(fù)位電平是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的其復(fù)位電路圖如圖3.4所示。</p><p><b>　　S0</b></p><p><b>　　VCC</b></p><p><b>　　SW-PB </b></p>

61、<p><b>　　R3RST</b></p><p><b>　　Res1</b></p><p><b>　　10K</b></p><p><b>　　C3</b></p><p><b>　　Cap</b><

62、/p><p><b>　　10uF</b></p><p>　　圖3.4 復(fù)位電路圖</p><p>　　常見的復(fù)位電路為上電復(fù)位電路，它能有效的實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。復(fù)位信號為高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作。在復(fù)位電路通電瞬間，由于RC的充電過程，在 RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要該正脈沖保持一定寬

63、度，就能使單片機(jī)自動復(fù)位。 </p><p>　　以上的復(fù)位電路在通電時，是通過10uF的電容充電，并在復(fù)位端口和地之間加10k歐電阻從而使復(fù)位端口能夠保持高電平，并有效保持復(fù)位按鍵按下后能夠準(zhǔn)確復(fù)位。</p><p>　　3.2.4 超聲波測距模塊HC-SR04</p><p>　　本系統(tǒng)超聲波測距模塊采用HC-SR04測距模塊。 </p

64、><p><b>　　基本工作原理： </b></p><p>　　1）采用IO口TRIG觸發(fā)測距，,加至少10us的高電平信號；</p><p>　　2）模塊自動發(fā)生8個40KHZ的方波，自動檢測是否有信號返回； </p><p>　　3）有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就

65、是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2. </p><p>　　HC-SR04的外型及引腳如圖3.5所示，HC-SR04的性能參數(shù)和引腳定義分別如表3.1和表3.2所示。</p><p>　　圖3.5 HC-SR04超聲波測距模塊外形圖</p><p>　　表3.1 HC-SR04性能參數(shù)</p&g

66、t;<p>　　表 3.2 HC-SR04 引腳定義</p><p>　　3.2.5 74HC573芯片</p><p>　　74HC573是高性能硅門CMOS器件，為八進(jìn)制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器。當(dāng)鎖存使能引腳LE為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步），當(dāng)鎖存使能引腳LE變低時，符合建立時間和保存時間的數(shù)據(jù)會被鎖存[8]。74HC573芯片的引腳圖如圖

67、3.8所示，功能表如表3.3所示。</p><p>　　表 3.3 74HC573功能表</p><p>　　OE VCC </p><p>　　D0 Q0</p>

68、<p>　　D1 Q1</p><p>　　D2 Q2</p><p>　　D3 Q3&l

69、t;/p><p><b>　　D4Q4</b></p><p><b>　　D5 Q5</b></p><p><b>　　D6 Q6</b></p><p>　　D7 Q7<

70、;/p><p><b>　　GNDLE</b></p><p>　　圖3.6 74HC573芯片引腳圖 </p><p>　　3.2.6  數(shù)碼管顯示及報警電路設(shè)計(jì) </p><p>　　LED是發(fā)光二極管的縮寫。LED數(shù)碼管里面有8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小

71、數(shù)點(diǎn)，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（COM），其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位。根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式[9]兩類。  </p><p><b>　　1）靜態(tài)顯示驅(qū)動 

72、</b></p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位解碼器進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40個I/O口來驅(qū)動，要知道一個51單片機(jī)可用的I/O口才32個。故實(shí)際應(yīng)用時必須增加解碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。&

73、#160; </p><p><b>　　2）動態(tài)顯示驅(qū)動 </b></p><p>　　數(shù)碼管動態(tài)顯示界面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a、b、c、d、e、f、g、dp”的同名端連在一起，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示

74、出字形，取決于單片機(jī)對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1 ms～2 ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯

75、示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 </p><p>　　動態(tài)掃描顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用得最為廣泛，這也是我在本設(shè)計(jì)中的顯示方法。共陽極與共陰極這兩種方法難度差不多，考慮到我自己對于共陽極的編程更熟悉， 因此在該設(shè)計(jì)中我也采用數(shù)碼管共陽極的接法。  </p><p>　　至于語音報警

76、，則采用一個簡單的蜂鳴器，利用單片機(jī)產(chǎn)生方波來控制。根據(jù)所測距離的長短來決定該方波的頻率，即蜂鳴器的報警頻率。 </p><p>　　語音報警電路和數(shù)碼管顯示電路分別如圖3.7和圖3.8所示。</p><p>　　VCC </p><p><b>　　R1</b></p><p>&l

77、t;b>　　Res1 </b></p><p>　　300 </p><p>　　NPN </p><p><b>　　R2</b></p><p>　　Q4 </p><p>　　Res1 FM&

78、lt;/p><p>　　LS1 1K</p><p><b>　　Speaker</b></p><p>　　圖 3.7 語音報警電路圖</p><p>　　1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11<

79、;/p><p>　　R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14</p><p>　　Res1 Res1 Res1 Res1 Res1Res1 Res1 Res1</p><p>　　180 180 180 180 180 180 180 180</p><p>　　a b c d

80、e f g dp </p><p>　　Q2 Q3 Q4</p><p>　　NPN NPN NPN</p><p>　　R4 R5 R6</p><p>　　Res1 Res1 Res1</p><

81、;p>　　we1 we2 we3</p><p><b>　　VCC </b></p><p>　　圖 3.8 數(shù)碼管顯示電路圖</p><p><b>　　3.3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序?qū)ο到y(tǒng)環(huán)境初始化后，首先置位回波接收標(biāo)志和由單片機(jī)P2.0

82、口輸出一個高電平以啟動超聲波發(fā)射電路，同時啟動定時器T0。然后調(diào)用計(jì)算距離子程序，根據(jù)定時器T0記錄的時間計(jì)算出待測距離。接著調(diào)用顯示子程序，將測出距離以十進(jìn)制BCD碼方式送LED顯示，同時也調(diào)用聲音處理程序，控制蜂鳴器的發(fā)聲。最后主程序通過回波信號的接收；若標(biāo)志位清零，說明接收到回波信號，則主程序返回到起始端重</p><p>　　新置位回波接收標(biāo)志位和在P2.0上發(fā)送高電平，如此往下運(yùn)行，循環(huán)往復(fù)[10]。系

83、統(tǒng)主流程圖如圖 3.9所示</p><p>　　圖 3.9 系統(tǒng)主流程圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的核心技術(shù)在于距離的測量，精確的測距后通過單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)是比較容易實(shí)現(xiàn)的。各種信號都將干擾到測距，其中余波信號的干擾嚴(yán)重影響到本設(shè)計(jì)中精確的測距。接收回路中的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束為余波信號，即超聲波接收探頭在發(fā)射探頭發(fā)射信號后，馬上就接收到了超聲波信號。另一個波束為有效

84、信號，即經(jīng)過被物體表面反射的回波信號。 </p><p>　　超聲波在測距時，需要測的是從開始發(fā)射到接收到信號的聲波往返的時間差，需要檢測的有效信號為反射物體反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號[11]。所謂余波就是在剛發(fā)射超聲波時直接到達(dá)接受探頭的直達(dá)波，它是超聲波檢測中存在測量盲區(qū)的主要原因。  </p><p>　　超聲波接收電路收到回波后，比較器

85、動作，發(fā)出有效信號，計(jì)算機(jī)通過外部中斷引腳感受回波信號的到達(dá)時間，中斷發(fā)生后表示已接收到回波信號，此時停止計(jì)時，并讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)值即為需要測量的時間差的數(shù)據(jù)。由于常溫下超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，所以發(fā)射點(diǎn)距障礙物之間的距離為：</p><p>　　S=340*t/2=170t</p><p>　　由于單片機(jī)內(nèi)部定時器的計(jì)時實(shí)際上是對機(jī)器周期T機(jī)的計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)中時鐘頻

86、率fosc取12MHz，設(shè)計(jì)數(shù)值N，則 </p><p>　　T=12/fosc=1us</p><p>　　t=NT=N*10-6(m)</p><p>　　S=170*N*T=170*N/10-6(m)</p><p>　　程序中對測距數(shù)據(jù)的處理方法是：距離按式進(jìn)行計(jì)算，其中，Ｎ為計(jì)數(shù)器的值，此時聲速取為340m/s。在系統(tǒng)初始

87、化的過程中，主要是設(shè)定定時器0的工作方式，同時還要打開總中斷等。當(dāng)P2.0發(fā)出一個時長為10us的高電平，便可啟動超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40KHZ超聲波，同時打開定時器進(jìn)行及時。當(dāng)超聲波接收到回波信號后，會產(chǎn)生一個低電平給INT0，之后進(jìn)入中斷處理程序。在主程序中又會恢復(fù)定時器的初值等，依次進(jìn)行循環(huán)。部分源程序見附錄A。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

88、p>　　[6] 趙晶.電路設(shè)計(jì)與制版— PROTEL99高級應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社，2000，1-405</p><p>　　[7] 沈小豐. 電子技術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2005.09，130—141</p><p>　　[8] 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001（7）

89、：298～312  </p><p>　　[9] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2001 .397～407 </p><p>　　[10] 涂時亮.單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)[M].重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，2003.72  </p><p>　　[11]

90、60;邦田. 電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，1994 .34 </p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過查閱各種文檔資料，終于完成了超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是保證汽車安全的輔助系統(tǒng)。通過超聲波探頭反射超聲波，使用高速單片機(jī)計(jì)算測量車與障礙物之間的往返時間然后再計(jì)

91、算出車與障礙物的距離，并加入了軟件補(bǔ)償，提高了距離計(jì)算的精度，然后顯示在LED數(shù)碼管上，當(dāng)在探測的范圍有障礙物時，蜂鳴器提示報警，距離越近蜂鳴器的報警頻率也越大，當(dāng)距離小于最小安全距離時，蜂鳴器不間斷報警[12]。實(shí)際測試證明該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠滿足一般近距離測距要求，且成本低、有良好的性價比。該系統(tǒng)中鎖相環(huán)鎖定需要一定的時間，測得的距離有誤差，在汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用中誤差為1cm可忽略不計(jì)，此電路具有設(shè)計(jì)簡單，價格便宜，測量精度比較高的優(yōu)點(diǎn)，

92、將來可以向市場推廣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[12] 黃培康，殷紅成，許小劍.雷達(dá)目標(biāo)特性[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005，1-338</p><p>　　附錄A：部分源程序   </p><p>　　#include &

93、lt;reg52.H>  //器件配置文件 </p><p>　　#include <intrins.h> </p><p>　　#define uchar unsigned char  </p><p>　　#define uint

94、60;unsigned int   </p><p>　　void delay(uint z)  </p><p><b>　　{  </b></p><p>　　uint x,y;  </p><

95、;p>　　for(x=z;x>0;x--);  </p><p>　　for(y=110;y>0;y--);  </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　/*延時程序*/ </b></p><p&

96、gt;　　void delay_20us() </p><p><b>　　{  </b></p><p>　　uchar a;  </p><p>　　for(a=0;a<100;a++);  </p><p><b&

97、gt;　　} </b></p><p>　　/*20us的延時程序*/   </p><p>　　unsigned int  time=0; </p><p>　　unsigned int  timer=0; </p>&

98、lt;p>　　unsigned char posit=0; </p><p>　　unsigned long S=0; </p><p>　　bit      flag =0; </p><p>　　unsigned

99、60;char const discode[] </p><p>　　={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0X40/*-*/}; </p><p>　　unsigned char disbuff[3] ={ 0,0,0,};

100、0;</p><p>　　unsigned int  num=0; </p><p>　　uint count=0; </p><p>　　sbit FM=P2^3;  </p><p>　　sbit TX=P2^0;  &

101、#160;              </p><p>　　sbit RX=P2^1; </p><p>　　sbit DULA=P2^6; </p><p>　　sbit WE

102、LA=P2^7; </p><p>　　/********************************************************/ </p><p>　　void InitTimer0(void)  </p><p><b>　　{  </b><

103、;/p><p>　　TH1 = 0x3C;  </p><p>　　TL1 = 0xB0; /*裝入定時初值*/   </p><p>　　EA = 1; /*打開總中斷*/  </p><p>　

104、　ET1 = 1; /*打開T1中斷*/   </p><p>　　TR1 = 1; /*啟動T1計(jì)數(shù)*/  }  </p><p>　　/********************************************************/

105、0;</p><p>　　void display(void)     //掃描數(shù)碼管 </p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　DULA=1; </b></p><p>　　P1

106、=(discode[disbuff[0]])&0x7f;  </p><p><b>　　DULA=0; </b></p><p>　　WELA=1;   </p><p>　　P1=0x04;  </p><p><b>

107、　　WELA=0;  </b></p><p>　　delay(5); </p><p><b>　　DULA=1; </b></p><p>　　P1=(discode[disbuff[1]])&0x7f;  </p><p><b&

108、gt;　　DULA=0;</b></p><p>　　WELA=1;   </p><p>　　P1=0x02;  </p><p>　　WELA=0;   </p><p>　　delay(5); </p><p>

109、<b>　　DULA=1;  </b></p><p>　　P1=(discode[disbuff[2]])&0x7f;   </p><p>　　DULA=0;    </p><p>　　WELA=1;   <

110、;/p><p>　　P1=0x01;  </p><p>　　WELA=0;   </p><p>　　delay(5);   </p><p><b>　　} </b></p><p>　　/*********

111、***********************************************/     </p><p>　　void Conut(void)  </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　time=TH0*256+T

112、L0;   </p><p><b>　　TH0=0;   </b></p><p><b>　　TL0=0;   </b></p><p>　　S=(time*1.7)/100;    

113、60;  /*算出來是CM*/ </p><p>　　if(S <150&& S >=110) num=10;/*當(dāng)距離小于150cm時，發(fā)出頻率為1Hz的聲音*/    </p><p>　　if(S <110&&

114、60;S >=70) num=5;  /*當(dāng)距離小于110cm時，發(fā)出頻率為2Hz的聲音*/    </p><p>　　if(S <70&& S >=30) num=2; /*當(dāng)距離小于70cm時，發(fā)出頻率為5Hz的聲音*/   &#